控制排水對水稻生理生態（指標）及產量的影響規律

匯報人：李彧瑋、張春曉、王嬪、李葉、李坤坤、楊泊

指導老師：徐俊增

2014年1月

節水概論理論課程匯報1.1實驗對象

供試的水稻品種為武運粳23號，全生育期約為158天左右，分為苗期、返青期、分蘗期、拔節孕穗期、抽穗楊花期、乳熟期、黃熟期，共7個階段。1.2實驗測量參數1葉面積指數（LAI-2000冠層分析儀）2葉水勢

（PSYPRO露點水勢儀）3蒸騰速率、氣孔導度和凈光合速率（LI-6400便攜式光合儀）4葉綠素熒光參數（OS5-FL調制葉綠素熒光儀）1.3實驗內容通過蒸滲測坑對農田水位進行控制調節（以達到水稻受澇和受旱的效果），并測量在不同水位條件下水稻不同生育期的一些生理指標和不同水位條件下水稻最終的理論產量、結實率等。

一控制排水實驗基本概況處理分蘗期拔節孕穗期抽穗開花期乳熟期L1120mm（2mm/d）－300mm～30mm－300mm～30mm－300mm～30mmL2120mm（4mm/d）－300mm～30mm－300mm～30mm－300mm～30mmL3－200mm～20mm250mm（2mm/d）－300mm～30mm－300mm～30mmL4－200mm～20mm250mm（4mm/d）－300mm～30mm－300mm～30mmL5－200mm～20mm－300mm～30mm250mm（2mm/d）－300mm～30mmL6－200mm～20mm－300mm～30mm250mm（4mm/d）－300mm～30mmL7－200mm～20mm－300mm～30mm－300mm～30mm250mm（2mm/d）L8－200mm～20mm－300mm～30mm－300mm～30mm250mm（4mm/d）CK－200mm～20mm－300mm～30mm－300mm～30mm－300mm～30mm一控制排水實驗基本概況注：1.各生育階段淹水時間均為10天，淹水期間按設定的滲漏量控制，水位下降不補水，控水結束后將水層降至適宜水層上限，田面有水層時滲漏量按2mm/d控制，無水層時滲漏量為0。2.無淹水處理的各生育階段，有水層時滲漏量按2mm/d控制，無水層時滲漏量為0。3.每處理4重復。表1-1測坑受澇處理設計一控制排水實驗基本概況處理分蘗期拔節孕穗期抽穗開花期乳熟期H1-300mm－300mm～30mm－300mm～30mm－300mm～30mmH2-500mm－300mm～30mm－300mm～30mm－300mm～30mmH3－200mm～20mm-400mm－300mm～30mm－300mm～30mmH4－200mm～20mm-700mm－300mm～30mm－300mm～30mmH5－200mm～20mm－300mm～30mm-400mm－300mm～30mmH6－200mm～20mm－300mm～30mm-700mm－300mm～30mmH7－200mm～20mm－300mm～30mm－300mm～30mm-400mmH8－200mm～20mm－300mm～30mm－300mm～30mm-700mmCK－200mm～20mm－300mm～30mm－300mm～30mm－300mm～30mm注：1.控水時將地表水排除，讓地下水自然降落到設定地下水位，降雨時關雨棚。2.每天觀測地下水位，隔天觀測表層土壤含水量；3.控水結束后，灌水至適宜水深上限。4.每處理3個重復。5.對照與測坑對照相同。表1-2測坑受旱處理設計1.4實驗目的

（1）通過分析不同生育階段農田水位調控對水稻葉齡進程、冠層葉面積指數（CLAI）、莖蘗數、株高、根系活力以及籽粒產量的影響，探討農田水位調控對水稻生長發育的影響機理。

（2）通過分析不同生育階段農田水位調控對葉水勢、氣孔導度和蒸騰速率、凈光合速率、葉綠素熒光特性的影響，探討農田水位調控對水稻生理反應機理。一控制排水實驗基本概況二控制排水對水稻生理生態（指標）及產量的影響規律2.1控制排水對水稻生長發育指標的影響

控制排水引發了水稻的生長發育指標的變化，主要體現在以下四個方面：1株高的變化2莖蘗的發生和發展3對葉面積指數（LAI）的影響4對根系活力及其生長的影響（1）株高的變化

分蘗期受澇和受旱可以促進株高增長，但均與對照沒有顯著差異；拔節孕穗期和抽穗開花期受澇、受旱水稻株高均低于對照處理，其中拔節孕穗期重旱處理株高值最低。由此可見，在拔節孕穗期進行合理的水位調控可以達到優化株型，控制植株高度過高的目的。抽穗開花期是水稻穗頸節伸長充實期，穗頸節變短會導致穎花退化，造成籽粒產量降低。（見表2.1.1-1）

處理株高(cm)處理株高(cm)L1109.50H1108.87L2108.30H2105.34L3105.56H3104.70L4106.42H4104.09L5106.16H5106.29L6106.77H6105.78L7107.16H7107.03L8107.11H8107.11CK107.25注：從分蘗期開始，每隔5天定點觀測5穴株高，控水處理在控水前后各加測一次。測量作物地面以上的長度（不包括根部）：揚花之前為田面至最高葉尖的高度，揚花后為土面至穗頂（不計芒）的高度。

（2）莖蘗的發生和發展受澇與受旱水稻分蘗數量明顯低于對照處理，但各處理分蘗數達到峰值時間基本一致（8月3日前后）。從分蘗數的日增長量上看，控水期間各處理水稻均保持在穩定的高值增長狀態，且對照處理日增長莖蘗量高于受澇和受旱水稻。與對照相比較，受澇與受旱處理水稻日增長量下降速度較慢，下降幅度較小。受旱水稻日增長量在復水2d后超過對照，受澇水稻在復水3~4d后超過對照。說明，受澇、受旱水稻復水后均出現一定的補償效應，提高了水稻出蘗速度，受旱的補償效應更明顯。（見圖2.1.1-1）

控水期復水后控水期復水后

實線：莖蘗量虛線：莖蘗日增長量

圖2.1.1-1分蘗期水位調控水稻莖蘗量及日增長量動態變化

（節水園區）各生育期內受澇和受旱水稻葉面積指數低于對照處理，分蘗期和拔節孕穗期受澇、受旱控水期間葉面積指數增長速率逐漸下降，水位恢復后有減緩綠葉衰減的作用；抽穗開花期葉面積指數總體呈下降的趨勢，受澇和受旱處理葉面積指數均低于對照處理。控水期間葉面積指數下降速度較快，復水后一段時間內有所緩解。乳熟期已處于水稻生長的后期，受澇和受旱對后期水稻的生長均產生不利影響，使得葉面積指數下降加快，導致水稻早衰。因此，可以利用水位調控對葉面積指數的影響規律，制定合理的水位調控方案。（見圖2.1.1-2）

圖2.1.1-2水位調控水稻葉面積指數動態變化（3）對葉面積指數（LAI）的影響

（4）對根系活力及其生長的影響從整個生育期看，水稻根系中主要以黃根為主，黑根最少，一定數量的白根呈前多后少發展。白根在分蘗期較多，可達到5%~25%，拔節孕穗期后迅速減少，乳熟期幾乎沒有。受澇會減少水稻的根量和根長，增加黑根的比例，不利于根系垂向的發展；分蘗期，淹水會抑制根系的生長，使根冠比變小，淹水越深會使地上干物質重增加。拔節孕穗期短歷時淹水有助于水稻根冠比的增加，淹水越深同樣會使地上干物質重增加。抽穗開花期和乳熟期淹水對水稻根冠比影響不明顯。（見圖2.1.1-3）

圖2.1.1-3水位調控水稻各生育階段控水結束根系顏色組成圖2.1.1-5水位調控水稻各生育階段控水結束根長、根重與根冠比2.2控制排水對水稻生理指標的影響控制排水對水稻生理指標的影響主要體現在：1葉水勢的變化2氣孔導度和蒸騰速率的變化3光合速率的變化4對葉綠素熒光參數的影響

①葉水勢：水稻葉水勢就是水稻主要功能葉片上的水勢，利用葉水勢可以反映水稻植株體的水分狀況，因而可以作為合理灌溉排水的生理指標。

②氣孔導度和蒸騰速率：氣孔導度是反應植物氣孔的開閉狀態，影響作物蒸散和光合速率進而影響作物產量和品質的重要因子。蒸騰速率又稱蒸騰強度或蒸騰率，其大小能直接反映作物蒸騰作用的強弱以及光合作用情況，對作物的生長發育、品質好壞、收成等都有著極大的影響。③光合速率：光合速率是表示光合作用強弱的一種表示方法，本文中所有的光合速率數據都是指凈光合速率（μmol/（m2·s））。④葉綠素熒光參數：葉綠素熒光參數是一組用于描述植物光合作用機理和光合生理狀況的變量或常數值，反映了植物“內在性”的特點。（1）葉水勢的變化

①受旱處理下的葉水勢控水受旱處理在控水期內，隨著土壤含水量的不斷降低和受淹時間的延長，葉水勢均逐漸下降，在各生育期內控水末時降至最低（拔節孕穗期8月23，抽穗開花期9月8）處理恢復正常水位后表現出現補償效應，葉水勢略高于控前水平。具體變化見圖1.1.2-1~1.1.2-2。┄┄拔節孕穗期受旱——抽穗開花期受旱——對照圖1.1.2-1受旱與對照處理水稻葉水勢與土壤相對含水量的變化規律（節水園區）②受澇處理下的葉水勢

拔節孕穗期在控水初期，農田水位控制越低，水稻葉水勢反而越高；隨著控水時間的延長，受澇脅迫開始形成，高水位時的葉水勢則會降低。抽穗開花期短時間的水位調控，最高水位會使水稻葉水勢升高，而且具有一定的后效性。

┄┄拔節孕穗期受澇——抽穗開花期受澇——對照圖1.1.2-2受澇與對照處理水稻葉水勢與水位的變化規律（節水園區）┄┄拔節孕穗期受澇——抽穗開花期受澇——對照圖1.1.2-2受澇與對照處理水稻葉水勢與水位的變化規律（節水園區）

由上圖知，受澇情況下的兩個生育期內，農田水位控制越高，葉水勢越低，農田水位控制越低，葉水勢越高。（2）氣孔導度和蒸騰速率的變化

1.分蘗期受澇和受旱脅迫可使水稻的氣孔導度和蒸騰速率下降，但脅迫解除后旱澇脅迫處理的氣孔導度和蒸騰速率能夠得到快速補償。2.拔節孕穗期水位調控對水稻氣孔導度影響不大，與對照相比沒有出現顯著差異；隨著控水時間的延長，受澇脅迫開始形成，高水位時的氣孔導度和蒸騰速率都會降低，由于控水時間較長，其影響的后效性也較長。3.抽穗開花期淹水會使水稻氣孔導度和蒸騰速率降低；旱澇脅迫解除后，氣孔導度和蒸騰速率具有明顯的補償效應。表1.1.2-1水位調控水稻氣孔導度與凈光合速率、蒸騰速率關系回歸分析

關系處理擬合公式R2Fp凈光合速率與氣孔導度的關系受澇Y=-20.275x2+33.881x+7.55880.533182.195<0.001受旱Y=-67.455x2+61.907x+4.68330.7886348.831蒸騰速率與氣孔導度的關系受澇Y=12.317x+0.78610.511663.373受旱Y=13.513x+0.50210.7884219.814圖1.1.2-4水位調控水稻氣孔導度與凈光合速率及蒸騰速率的關系

從水位調控水稻氣孔導度與光合速率、蒸騰速率的關系可見，凈光合速率與氣孔導度呈二次曲線關系，蒸騰速率與氣孔導度呈較好的線性關系。受澇與受旱水稻氣孔導度分別為0.75和0.45mol·m-2·s-1左右時，凈光合速率達到最大值。氣孔導度對凈光合速率、蒸騰速率的響應不完全同步，蒸騰速率對氣孔有更強的依賴性，同時也說明控制光合和蒸騰的因子不完全相同。圖1.1.2-5分蘗期水位調控水稻凈光合速率動態變化

圖1.1.2-6拔節孕穗期水位調控水稻凈光合速率動態變化（3）光合速率的變化

圖2.1.2-7抽穗開花期水位調控水稻凈光合速率動態變化

圖2.1.2-8乳熟期水位調控水稻凈光合速率動態變化綜上可得，自分蘗期到乳熟期的四個生育期的過程中，對水稻進行澇旱處理都會引發水稻光合速率在處理過程中持續下降。但在處理結束并進行一段時間的復水后，光合速率一般會恢復至對照水平，甚至大于對照水平。（4）對葉綠素熒光參數的影響

分蘗期高水位使水稻光化學效率Fv/Fm下降、基礎熒光數Fo值增大，恢復正常水位后，能得到及時恢復。拔節孕穗期隨著控水時間的延長，高水位使水稻光化學效率Fv/Fm下降、基礎熒光數Fo數值上升。抽穗開花期，控水初期，高水位處理下的水稻光化學效率Fv/Fm、基礎熒光數Fo數值變化不大，如果控水時間繼續延長，達到3d以上，高水位處理的水稻光化學效率Fv/Fm表現出上升、而基礎熒光數Fo數值則表現出下降的趨勢。2.3控制排水對水稻產量及其構成要素的影響水稻理論產量由單位面積有效穗數、每穗粒數、結實率和千粒重等4個要素構成。通過對實驗的過程及結果進行分析我們發現，在水稻的不同生育期對水稻進行不同程度的水位控制，會對水稻的理論產量造成相應的影響，其具體表現如下：1分蘗期：過高和過低的水位會降低有效穗數。2拔節孕穗期：作為水稻大穗形成的關鍵時期，持續的低水位和高水位都會使穗型變小。3抽穗開花期：作為水稻的需水臨界期，水位控制過高會影響群體質量，降低結實率。4乳熟期：水位過低可以提高根系活力，但會降低凈光合速率，不利于籽粒充實，過高的水位，既會降低根系活力，還會降低凈光合速率，更不利于籽粒充實。處理有效穗數穗粒數結實率千粒重理論產量減產率(萬穗/hm2)（粒/穗）(%)(g)(kg/hm2)(%)L130612991.1326.089372.473.79L230813091.0626.059508.822.39L331812390.5525.779129.186.28L432012490.0025.759170.725.86L532611689.5024.998474.6913.00L632511889.6725.088592.1111.80L733412288.7025.359167.545.89L833012488.9425.469235.755.19H131412891.0326.049528.152.20H230913090.9526.059566.882.28H332212390.5525.789257.014.97H431812290.3225.819061.48